要点:
美国太空总署的信使号任务揭示了阳系最小且距离太阳最近的行星“水星”，隐藏着一个大秘密。
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7月24日，根据最新资料，美国宇航局/NASA的一艘航天器发现了太阳系最小的行星“水星/Mercury”，其地表下可能蕴藏着巨大的财富。
在浩瀚宇宙中，水星常被误认为是一颗明亮的恒星。然而，这颗距离太阳最近的行星如今可能隐藏着一片“钻石海洋”。这一发现不仅重新定义了科学家对太阳系内侧行星的理解，也为行星形成的理论提供了全新的视角。
水星下的10英里厚“钻石海洋”
水星是离太阳最近的行星，其轨道半径约为57,400,000公里。由于其距离太阳非常近，水星受到太阳引力的强烈影响，因此其轨道速度非常快，是太阳系中运动速度最快的行星。
此外，水星由于其快速运动和靠近太阳的位置，表面温度变化极为剧烈。白天时，由于缺乏大气层的保温，水星表面的温度可高达430摄氏度，而夜晚则可能降至零下170摄氏度以下。这种极端的环境条件造就了水星表面独特的特征，包括广阔的平原和纵横交错的悬崖峭壁。
尽管水星的表面条件极端，人类对其研究依然充满热情<br data-mce-fragment="1">科学家们通过探测器在水星轨道上进行观测，以获取更多有关这颗行星的信息。早在20年前，信使号/MESSENGER于2004年8月发射升空，成为第一艘环绕水星运行的航天器。该任务于2015年圆满结束，成功绘制了水星的完整地图，揭示了极地区域丰富的水冰，并收集了关于水星地质和磁场的重要数据。
几十年来，水星表面的深色石墨斑块（主要成分为碳）一直令科学家们困惑。水星表面的石墨含量使其反射率仅为9%，这些碳元素的含量比地球高出近百倍，这可能与行星形成初期有关。水星长期以来一直令科学家感到困扰，因为它具有许多其他太阳系行星所不具备的特征，包括极其黑暗的表面、密集的核心以及火山活动的过早结束。
这些石墨斑块表明，水星可能曾经拥有一个富含碳的岩浆海洋，当岩浆渗出到表面时便形成了这些斑块。相同的地质过程也可能在地幔中形成富含碳的物质。然而，新的数据和对行星表面质量的重新评估显示，水星的地幔并非由石墨构成，而是由珍贵的钻石组成，这一发现为水星的内部组成提供了全新的视角。
近日，相关研究团队在“自然通讯”杂志上发布了他们的研究成果。他们使用高压实验装置模拟了水星地壳下方的高温环境，温度高达3950华氏度。通过这些实验，科学家们观察了在水星早期历史中发现的矿物如何反应。
鲁汶大学副教授奥利维尔·纳穆尔/Olivier Namur对外表示，“我们认为钻石可能通过两个主要过程形成。首先是岩浆海的结晶，但这一过程可能只在地核/地幔界面形成了一层非常薄的钻石层。其次，也是最重要的，是水星金属核心的结晶。”
约45亿年前，水星形成时，其核心完全是液态的，随着时间推移逐渐结晶。 “在结晶之前，液态核心含有一些碳。随着结晶过程的进行，残留熔体中的碳浓度逐渐增加，”Namur解释说。 “当碳浓度达到溶解度阈值时，液体无法再溶解更多碳，钻石便开始形成。由于钻石的密度低于金属，它会漂浮到水星核心的顶部，并在核心和地幔之间形成约0.62英里厚的钻石层，这一层随着时间不断增厚。”
这一发现不仅令人惊讶，还揭示了内行星（金星、地球和火星）形成过程中可能存在的不同机制。水星形成于距离太阳较近的地方，很可能是由富含碳的尘埃云组成的。因此，水星的氧含量较低，而碳含量较高，从而形成了钻石层。相比之下，地球核心也含有碳，并且已有研究人员提出了地球核心中可能存在钻石的理论。
研究外的意外惊喜<br data-mce-fragment="1">这项新研究与几年前的一个重大发现相关联，当时科学家重新评估了水星的质量分布，发现其地幔比之前认为的要厚。
Namur对此表示，“我们立刻想到，这必然会对水星上碳的分布类型（如钻石与石墨）产生重大影响。”
研究团队在地球上使用高压实验装置模拟了水星内部的压力和温度。他们对合成硅酸盐施加了超过7千兆帕的巨大压力，并将其加热至2177摄氏度，以此模拟水星地幔的条件。这些实验使他们能够研究在这些极端条件下，类似于水星早期存在的矿物如何变化。团队还使用计算机建模分析了水星内部的数据，这为他们提供了有关水星钻石地幔形成的线索。
大约45亿年前水星形成时，其核心完全是液态的，随着时间的推移逐渐结晶。虽然核心中形成的固相的确切性质尚不明确，但研究团队认为这些相必定是低碳或“碳贫”的。
“在结晶之前，液态核心含有一些碳；因此，结晶过程会导致残余熔体中的碳浓度增加。当碳的浓度达到溶解度阈值时，液体无法再溶解更多的碳，钻石就开始形成。 ”Namur补充说到。
钻石的密度比金属小，这意味着在结晶过程中，钻石会浮到核心顶部，并在水星的核心和地幔边界处形成一个约1公里厚的钻石层，并随着时间的推移不断增厚。这一发现突显了水星与太阳系其他岩石行星（金星，地球和火星）形成过程的差异。
水星形成于更靠近太阳的地方，可能来自富含碳的尘埃云。结果，水星比其他行星含氧量更少，含碳量更多，这导致了钻石层的形成。然而，地球的核心也含有碳，并且已有研究人员提出地球核心中可能形成钻石。
此外，研究人员希望这一发现有助于揭示围绕这颗太阳系最小行星的一些其他谜团，包括为何其火山活动阶段在大约35亿年前就结束了。
Namur表示，“我对水星演化的一个主要问题是为什么其主要火山活动阶段只持续了几亿年，远短于其他岩石行星。这一定意味着这颗行星冷却得非常快。这部分与行星的小尺寸有关，但我们现在正在与物理学家合作，试图了解钻石层是否有助于非常快地散热，从而很早就终止了主要的火山活动。”
目前，研究团队的下一步将是研究地幔/核心边界处钻石层的热效应。这项研究可能会得到继MESSENGER之后的任务的数据支持。与此同时，团队也急切地等待BepiColombo在2026年收集的第一批数据，以完善我们对水星内部结构和演化的理解。
值得注意的是，这项研究的意义远超水星本身。它为我们提供了关于类似行星形成过程的全新视角，特别是在行星内部结构和成分的理解上。这种对水星钻石地幔的发现，不仅揭示了水星特有的地质特征，还提供了关于类似行星形成和演化的关键线索。这些发现可能帮助科学家更好地理解其他行星，尤其是那些与水星有相似形成条件的小型行星的内部结构和组成。
此外，这一研究还引发了对水星强磁场形成原因的新思考。尽管水星的体积远小于地球，但其磁场的强度却相当显著。研究人员推测，水星的钻石地幔可能与其磁场的生成和维持有关。了解水星内部的碳分布和地幔结构，可能揭示了其磁场产生的深层机制，并对其他行星磁场的形成提供新的见解。
未来，科学家们计划通过更多的观测和模拟来验证这一理论，以进一步了解水星及其他行星的内部结构。这些研究不仅有助于解开水星的奥秘，还可能推动行星科学领域的新突破，揭示更多关于行星形成、演化和磁场机制的重要信息。随着技术的进步和数据的积累，我们将会发现更多关于行星内部的更多奥秘，丰富人类对宇宙的无限认知。
